【正文】 熱翅片內(nèi)側(cè)表面積： )( 242 msS b ?????? ? 單根散熱管外側(cè)扁平面未焊接部分的面積 S3 一個(gè)單元體內(nèi) 未焊接部分的面積： ? ? )( 256 ms c ?? ?????? 散熱管外側(cè)扁平面未焊接部分的面積 )(0 0 4 263 msS c ?????? ? 散熱管外側(cè)圓弧面的面積 S4 )()2/( 234 mS ????? ?? 單根散熱管 芯 表面積 S )(5 0 8 )( 24321 mSSSSS ?????? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 校核計(jì)算 校核散熱管數(shù) 管芯式散熱器實(shí)際需要散熱管數(shù)等于估算散熱總面積與單根 散熱管芯表面積之比；故實(shí)際需要管數(shù)： 0 ???? SFi (320) 散熱器實(shí)際散熱面積 確定管數(shù)和每根管芯的散熱表面積后就可精確計(jì)算出散熱器實(shí)際散熱面積，固有 0iSFs ?? (321) 代入數(shù)據(jù)得 )( 20 miSF s ????? 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 為了使設(shè)計(jì)的管芯式散熱器在結(jié)構(gòu)上更加合理緊湊，本設(shè)計(jì)運(yùn) 用 計(jì)算機(jī) 模擬軟件對(duì)散熱器 結(jié)構(gòu) 進(jìn)行了優(yōu)化。由圖可知，單根散熱 管芯 表面積 是由散熱翅片外側(cè)表面積 S1，散熱翅片 內(nèi)側(cè)表面積 S2（翅片與銅管焊接部分可 忽略不計(jì)），散熱管外側(cè)扁平面未焊接 部分的面積 S3和散熱管 外 側(cè)圓弧面的面 積 S4之和 。 代入數(shù)據(jù)得 ? ?kmwK R ?????? ? 23 /139811 散熱器散熱表面積 估算散熱器散熱總面積 參考散熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)， 散熱表面積可根據(jù) 參考文獻(xiàn)中經(jīng)驗(yàn) 公式初步估算： )( 2mTK QF R w??? (317) 式中 T? —— 散熱器內(nèi)冷卻水與冷卻空氣的平均溫差，CCCTTT aw ??? 355590 ???????? ； 式中 wT? —— 冷卻水平均溫度， CCCtTT www ??? 902109521 ???????； aT? —— 冷卻空氣平均溫度， CCCtTT aaa ??? 552204521 ???????； 式中 1wT —— 散熱器進(jìn)水溫度，對(duì)于開式的內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng) 1wT 取值范圍C?95~90 ，對(duì)于閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)， 1wT 可取 C?100~95 ；本設(shè)計(jì)采用了閉式強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，取 CTw ?951 ? ； 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 Ta1—— 散熱器冷卻空氣進(jìn)口溫度，一般取 C?40 左右，此次設(shè)計(jì)的產(chǎn) 品主要用于惡劣的 甚至高溫的 環(huán)境中，根據(jù) 近 年 全國(guó)的氣溫 在本設(shè)計(jì)中 取 C?45 ； wt? —— 散熱器冷卻水進(jìn)出口溫度差，一般選取 Ctw ?12~6?? ，本設(shè)計(jì)中選取 C?10 ； at? —— 散熱器冷卻空氣進(jìn)出口溫度差，一般選取 Ct ?30~10?? ，本設(shè)計(jì)中選取 C?20 ； 計(jì)算得： )( 23 mF ???? 散熱器散熱總面積 由于通過散熱器的冷卻水和冷卻空氣 流速都不可能均勻；而且散熱器散熱表面會(huì)附著上油污，蒙上塵土，或是部分散熱面損壞，這些都會(huì)降低散熱器的散熱性能，所以實(shí)際選取散熱器面積 F0時(shí)，要比計(jì)算結(jié)果大 些 ，一般選取 FF ??0 (318) 式中 ? —— 儲(chǔ)備系數(shù)，通常取值 ~?? ；本設(shè)計(jì)中取 ?? 。 空氣側(cè)的普蘭特?cái)?shù) 66222 ????? ??av （ 313） 對(duì)于三排管管道內(nèi)的強(qiáng)制對(duì)流傳熱，空氣側(cè)的努契兒準(zhǔn)則數(shù) 由參考文獻(xiàn) 中的經(jīng)驗(yàn)公式 得 ： ? ? )( 3 2 ?????Nu （ 314） 由經(jīng)驗(yàn)公式 ?dhNu a ??2可導(dǎo)出空氣側(cè) 換熱系數(shù) ： ? ?kmwdNuh a ??? ????? ? ? 23 22 / ? (315) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 式中 ? —— 水的熱物性參數(shù)，查附表 4 得 ? ?kmw ??? ? / 2? ； d —— 水管當(dāng)量直徑，查附表 1得 mmd ? 。 空氣側(cè) 換熱系數(shù) 取空氣流過散熱器的平均溫度 CTa ?55?? ，在 附表 3中查得? ?smv / 262 ??? ， ? ?sma / 262 ??? ；將 數(shù)據(jù) 代入下式 得： 空氣側(cè)的雷諾數(shù) 63222 ?? ????? ? ?v lu (312) 式中 l —— 翅片當(dāng)量直徑，查得 mml ? 。 ?f —— 每根散熱水管芯部的橫截面積，單位 m2 。 代入數(shù)據(jù)得 )( 2mF R ?? 散熱器芯部尺寸 為了與風(fēng)扇送風(fēng)流過的面積相匹配，以便提高散熱器 效率，一般將散熱器芯部設(shè)計(jì)成正方形。 )/( 3 smct QV paa wa ???? ? （ 33） 式中 at? —— 空氣流過散熱器時(shí)的溫度差，通常 Ct ?30~10?? ； 本設(shè)計(jì)取 Cta ?20?? ； a? —— 空氣的比重，近似取 a? = kg/m3 ； pc —— 空氣的定壓比熱容，取 ? ?kkgkJc p ?? / 。 計(jì)算得 ? ?smV w / 3???? 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 冷卻空氣需要量 冷卻空氣需要量 aV 根據(jù)散熱器的散熱量來確定。 gh —— 燃料低熱值（ kJ/kg） ,根據(jù) 參考文獻(xiàn)可得， 柴油 的低熱值可取 41870kJ/kg。根據(jù)實(shí)際需要本設(shè)計(jì)中選擇了管芯式散熱器。 本設(shè)計(jì)在選材過程中，考慮到了鋁的釬焊性能差，而銅材具有好的成型加工性、可釬焊性和耐腐蝕性，故選 銅 C15710 作為散熱管芯材料； 引風(fēng)板用 碳素 鋼 Q235；此外， 由于我國(guó)銅資源較少， 而 鋁 資源豐富 ，重量約為銅的 1/3， 故 散熱器其它部件選 用 鋁 合金 3004。因此，為了保證散熱器能夠正常地發(fā)揮其散熱作用，對(duì)散熱器所需材料性能主要有以下幾點(diǎn)要求： a. 熱傳 系數(shù)高 ； b. 較高的強(qiáng)度和較強(qiáng)的耐腐蝕性； c. 工藝性 能好 ； d. 較佳的釬焊性能； e. 較 好的經(jīng)濟(jì)性。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 第二章 散熱器選擇 散熱器材料選擇 散熱器的工作惡劣，它一般位于發(fā)電機(jī)組前端迎風(fēng)處，不僅要經(jīng)受石屑撞擊和風(fēng)吹雨淋等不利的外界條件以及油污等表面附著物，而且還得承受反復(fù)的熱循環(huán)與周期性的機(jī)械振動(dòng)。本課題依據(jù)目前現(xiàn)有的新型管芯式散熱器，在保證換熱量的前提下，盡量使散熱器體積縮小，結(jié)構(gòu)更加緊湊，以求在發(fā)電機(jī)組上的實(shí)際應(yīng)用而進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而為這種具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的散熱器的廣泛應(yīng)用提供實(shí)例與推廣依據(jù)及技術(shù)儲(chǔ)備。 所以我們把提高散熱器性能，減小散熱器體積，降低散熱器功耗，提高散熱器互換性進(jìn)而 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 提高壽命作為研究的主要目標(biāo) 。為了我國(guó)民生行業(yè)有較好較快的發(fā)展，我國(guó)將散熱器標(biāo)準(zhǔn)化，加強(qiáng)了質(zhì)量 檢測(cè)管理，為散熱器批量生產(chǎn)和今后的發(fā)展 打好了基礎(chǔ)。目前我國(guó)在管帶式銅散熱器上主要存在的問題是：散熱器生產(chǎn)中主要采用鉛錫焊，導(dǎo)致傳熱熱阻增大，泄漏問題嚴(yán)重。隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，越來越多的廠礦和民生領(lǐng)域需要一種可以在惡劣工作環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間工作的散熱器以便保證移動(dòng)機(jī)組正常運(yùn)行，這就要求散熱器便于維修，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度好， 于是美國(guó)在上世紀(jì)八十年代，結(jié)合了管片式散熱器較強(qiáng)的剛度和管帶式散熱器的散熱好、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低、質(zhì)量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，成功研制了管芯式散熱器，這種散熱器的強(qiáng)度和維修性能較好，特別適合工作條件惡劣的發(fā)電機(jī)組和重型汽車，現(xiàn) 如今已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。管帶式散熱器推動(dòng)了散熱器 的發(fā)展，在散熱器發(fā)展史上具有重要意義。由于汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的散熱器已不能很好的滿足需求。反之，如若冷卻量過大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組過冷，進(jìn)入氣缸的可燃混合氣體因溫度過低 而導(dǎo)致點(diǎn)火困難和著火延遲，從而使發(fā)電機(jī)組效率下降，油耗增加，壽命縮短；另外，潤(rùn)滑油會(huì)因機(jī)體溫度過低而使粘度增大，進(jìn)而增大了運(yùn)動(dòng)部件 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 間的摩擦阻力，加劇了零部件的磨損，增 大了無用功。因此，必須給發(fā)動(dòng)機(jī)組增加冷卻系統(tǒng)保證機(jī)組正常工作。 散熱器的作用是把受熱部件的熱量及時(shí)釋放出去，從而使整個(gè)機(jī)組在最適宜的溫度 范圍內(nèi)工作。 這種管芯式散熱器的優(yōu)越性在于它能夠很好的適應(yīng)惡劣環(huán)境下的工作，而且 出 了故障時(shí)，也可當(dāng)場(chǎng)在不拆卸散熱器的情況下，就能進(jìn)行單管更換，如果沒有現(xiàn)場(chǎng)沒有同型號(hào)散熱管芯，可將散熱器主板上的孔堵上而不影響正常工作，這樣就可以大大降低用戶的使用成本并且縮短了維修周期，延長(zhǎng)了散熱器壽命。扁管的上下端是圓 柱 狀的，通過橡膠密封座圈各自獨(dú)立的連接到水室上。 （ 3） 管芯式。 這種散熱器管芯是由扁平形冷卻管及波紋狀薄金屬 帶 焊接成蜂窩狀，其水管和散熱 帶 相間布置，在散熱 帶 上常開有類似百葉窗 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 的小孔，用來破壞介質(zhì)在散熱 帶 表面上形成的膜，從而提高散熱性能。這種管片式散熱器的特點(diǎn)是散熱面積大，空氣流動(dòng)阻力小，結(jié)構(gòu)剛度強(qiáng)；但制造工藝復(fù)雜，成本較高，且不便維修，多用于小型轎車。 按照管芯結(jié)構(gòu)型式分類，主要有以下 三 種散熱器： （ 1） 管片式。在實(shí)踐中證明這種散熱器質(zhì)量可靠，經(jīng)濟(jì)效益顯著，在國(guó)民發(fā)展中需求量大，有 巨大的發(fā)展空間。為了使 散熱器替換容易，維修方便，本課題設(shè)計(jì)了一種新式散熱器 —— 管芯式散熱器。隨著新技術(shù)、新成果的應(yīng)用使得現(xiàn)代的移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組具有更高的強(qiáng)化性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及良好的排放特性等，本課題所設(shè)計(jì)的散熱器不僅具有以上性能，而且大大提高了移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組的互換性，延長(zhǎng)了其壽命，更適合在惡劣的環(huán)境中工作。 optimization design. 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目錄 第一章 引言 .................................................. 1 概論 .................................................. 1 散熱器類型 ............................................ 1 散熱器功能 ............................................ 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 ........................................ 3 設(shè)計(jì)的目的及意義 ...................................... 3 任務(wù) .................................................. 4 第二章 散熱器選擇 ............................................. 5 散熱器材料選擇 ........................................ 5 散熱器型式選擇 ........................................ 5 第三章 散熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................... 6 原始參數(shù)計(jì)算 .......................................... 6 冷卻系統(tǒng)散出的熱量 .............................. 6 冷卻水循環(huán)量 .................................... 6 冷卻空氣需要量 .................................. 7 散熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算 ........................................ 7 散熱器正面積 ................................